具有柔性铰链的车削装置
技术领域
本实用新型涉及一种具有柔性铰链的车削装置。
背景技术
传统的超声振动辅助加工设备，为了获得大的振动幅值，采用了加入变幅杆的设计，通过使其共振频率和外激振动频率相同使之处于共振状态，从而将换能器的振幅放大。但是变幅杆的加入为设计带来了以下两点局限性：
1、作为机械波的传播介质，通过变幅杆任意界面的能量是固定的，故能量密度会随着横截面的面积发生变化，所以在截面积较小的输出端比截面积较大的输入端能量密度大，从而将振幅放大。因此变幅杆在整个超声振动系统中占得的体积比较大，从而限制了其在各类型机床上的普遍适用性。
2、超声振动系统中，变幅杆的固定方式对整体性能影响也比较大，如果对变幅杆过分约束，则可能限制其振动幅度，影响转化后的振动效果，如果对变幅杆欠约束，则可能导致整个系统的刚性不足，无法满足工作需求。
有鉴于此，有必要对现有的车削装置予以改进，以解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种具有柔性铰链的车削装置，以解决现有。
为实现上述目的，本实用新型提供一种具有柔性铰链的车削装置，所述具有柔性铰链的车削装置包括刀架、位于所述刀架前端自所述刀架上表面向内凹陷的置刀槽、放置在所述置刀槽内的刀体、第一压电陶瓷堆叠和第二压电陶瓷堆叠，所述刀架包括上下设置的上架体和下架体，所述上架体包括上架体前端和上架体后端，所述下架体包括下架体前端和下架体后端，所述上架体后端和所述下架体后端一体成型设置，所述上架体前端和所述下架体前端通过第一柔性铰链连接，所述第一压电陶瓷堆叠设置在所述下架体的前端和上架体前端之间，所述上架体前端和所述上架体后端通过第二柔性铰链连接，所述第二压电陶瓷堆叠设置在所述上架体前端和所述上架体后端之间。
作为本实用新型的进一步改进，所述第一压电陶瓷堆叠设置在所述第一柔性铰链的前方。
作为本实用新型的进一步改进，所述下架体前端自上向下掏空以形成第一收容槽，所述第一压电陶瓷堆叠位于所述第一收容槽内，与下架体相固定，并与上架体相抵持。
作为本实用新型的进一步改进，所述具有柔性铰链的车削装置还包括第一挡板和第一位置传感器，所述第一挡板固定在所述上架体上，所述第一位置传感器固定在下架体上，用以检测所述第一挡板相对所述下架体的位移。
作为本实用新型的进一步改进，所述下架体上设有第一固定螺丝，所述第一固定螺丝自所述下架体底部向上贯穿至所述第一收容槽以固定连接所述第一压电陶瓷堆叠。
作为本实用新型的进一步改进，所述上架体前端和所述下架体的前端在竖直方向上间隔设置。
作为本实用新型的进一步改进，所述上架体前端和所述上架体后端之间设有两个连接件，两个所述连接件之间设有第二收容槽，所述第二压电陶瓷堆叠设置在所述第二收容槽内，与所述上架体前端和所述上架体后端相抵持。
作为本实用新型的进一步改进，所述第二柔性铰链的数量为两个，两个所述第二柔性铰链设置在两个所述连接件与所述上架体前端的连接处。
作为本实用新型的进一步改进，所述具有柔性铰链的车削装置还包括第二挡板和第二位置传感器，所述第二挡板固定在所述上架体前端，所述第二位置传感器固定在上架体后端或者连接件上，用以检测所述第二挡板相对所述上架体后端的位移。
作为本实用新型的进一步改进，所述上架体上设有第二固定螺丝，所述第二固定螺丝自所述上架体后端朝向所述上架体前端的方向贯穿至第二收容槽以固定连接所述第二压电陶瓷堆叠。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的具有柔性铰链的车削装置定位精度高，响应速度和加速度快，紧凑的结构设计也使得其在不同机床设备的普遍适用性大大提高，另外因为采用了柔性铰链替代变幅杆的设计，使得本实用新型相较于传统振动辅助加工设备可以同时将振动效果和系统刚性调整到最优性能。
附图说明
图1是本实用新型的具有柔性铰链的车削装置的立体结构示意图；
图2是本实用新型的具有柔性铰链的车削装置的刀架的结构示意图；
图3是本实用新型的具有柔性铰链的车削装置的侧面结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。
如图1至图3所示，本实用新型的具有柔性铰链的车削装置100，包括刀架1、位于所述刀架1前端自所述刀架1上表面向内凹陷的置刀槽2、放置在所述置刀槽2内的刀体3、第一压电陶瓷堆叠4、第二压电陶瓷堆叠5、第一挡板6、第一位置传感器7、第二挡板8和第二位置传感器9。
所述刀架1包括上下设置的上架体11和下架体12，所述上架体11包括上架体前端111和上架体后端112，所述下架体12包括下架体前端121和下架体后端122。所述上架体后端112和所述下架体后端122一体成型设置，所述上架体前端111和所述下架体前端121通过第一柔性铰链13连接，所述上架体前端111和所述下架体12的前端在竖直方向上间隔设置。
所述刀体3通过紧固螺栓15固定在所述置刀槽2内。所述置刀槽2和所述刀体3均呈菱形设置，所述刀体3可根据加工需求采用天然单晶金刚石刀具、聚晶金刚石刀具或者CBN和硬质合金刀具。
所述第一压电陶瓷堆叠4设置在所述下架体12的前端和上架体前端111之间。所述第一压电陶瓷堆叠4设置在所述第一柔性铰链13的前方。本实施例中，前方为相对靠近所述下架体前端121的方向。
所述下架体前端121自上向下掏空以形成第一收容槽123，所述第一压电陶瓷堆叠4位于所述第一收容槽123内，与下架体12相固定，并与上架体11相抵持。所述第一压电陶瓷堆叠4作为振源，所述第一柔性铰链13将产生的位移放大并传递到刀体3，控制所述刀体3上下运动。
所述第一挡板6固定在所述上架体11上，所述第一位置传感器7固定在下架体12上，用以检测所述第一挡板6相对所述下架体12的位移。所述第一位置传感器7设置在所述第一挡板6的下侧，且位于所述下架体12的一侧。
所述下架体12上设有第一固定螺丝123，所述第一固定螺丝123自所述下架体12底部向上贯穿至所述第一收容槽123以固定连接所述第一压电陶瓷堆叠4。
所述上架体前端111和所述上架体后端112通过第二柔性铰链14连接，所述第二压电陶瓷堆叠5设置在所述上架体前端111和所述上架体后端112之间。
本实施例中，所述上架体前端111和所述上架体后端112之间设有两个连接件114，两个所述连接件114之间设有第二收容槽113，所述第二压电陶瓷堆叠5设置在所述第二收容槽113内，与所述上架体前端111和所述上架体后端112相抵持。所述第二柔性铰链14的数量为两个，两个所述第二柔性铰链14设置在两个所述连接件114与所述上架体前端111的连接处。即所述第二压电陶瓷堆叠5设置在两个所述连接件114、所述上架体前端111和所述上架体后端112之间。
所述上架体11上设有第二固定螺丝，所述第二固定螺丝自所述上架体后端112朝向所述上架体前端111的方向贯穿至第二收容槽113以固定连接所述第一压电陶瓷堆叠4。本实施例中，当所述第二压电陶瓷堆叠5工作时，所述第二压电陶瓷堆叠5作为振源，带动所述上架体前端111自两端的第二柔性铰链14前后运动，通过所述第二柔性铰链14将产生的位移放大并传递到刀体3。
所述第二挡板8固定在所述上架体前端111，所述第二位置传感器9固定在上架体后端112或者连接件114上，用以检测所述第二挡板8相对所述上架体后端112的位移。本实施例中，所述第二位置传感器9设置在所述第二压电陶瓷堆叠5的上方。
本实施例中，所述第一柔性铰链13和第二柔性铰链14为圆形柔性铰链，鉴于其转动范围大的特点常被用于转动位移输出的场合，主要用于消除两个运动轴之间的耦合现象，作为解耦部分。两个压电陶瓷堆叠，通过柔性铰链的高精度转动位移输出带动刀体3运动。
所述第一压电陶瓷堆叠4和第二压电陶瓷堆叠5之间成90°设置，为并联驱动模式，通过向所述第一压电陶瓷堆叠4和第二压电陶瓷堆叠5输入具有一定相位差的谐波信号，使得刀体3沿着椭圆轨迹振动。在工作状态下，刀体3振动频率f，两个压电陶瓷堆叠分别产生的大行程位移a，小行程位移b，在xy坐标下，刀体3相对位置可以表示为,x(t)＝Vt+a cos(2πft)，y(t)＝b sin(2πft)。刀体3的振动频率优选40kHz到60kHz，工作行程为2um到3um。
在其他实施例中，也可以在上架体和下架体之间设置连接件和两个柔性铰链，在上架体前端和上架体后端设置一个柔性铰链。
本实用新型的具有柔性铰链的车削装置100，采用柔性铰链和刀架1部分作为传递梁结合的设计，将压电陶瓷堆叠振源产生的位移放大并输出到刀体3，并通过直圆形柔性铰链进行解耦。本实用新型的具有柔性铰链的车削装置100定位精度高，响应速度和加速度快，紧凑的结构设计也使得其在不同机床设备的普遍适用性大大提高，另外因为采用了柔性铰链替代变幅杆的设计，使得本实用新型相较于传统振动辅助加工设备可以同时将振动效果和系统刚性调整到最优性能。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。
